Galerie: Reise in unser Gehirn

Der Helm voller Sensoren ist Teil eines Gehirnscanners, der fast so viel Strom verbraucht wie ein Atom-U-Boot. Das Magnetfeld des Scanners regt Wassermoleküle im Gehirn an, je nach Hirnaktivität entstehen dabei Signale.

Antennen fangen sie auf, Computer errechnen aus den Daten Karten des denkenden Gehirns.

Die Fasern der weißen Gehirnsubstanz (hier farbig dargestellt) verbinden die einzelnen Hirnareale. Zusammen sind sie rund 160.000 Kilometer lang und könnten die Erde viermal umspannen. Fotos wie dieses zeigen, welche Leitungsbahnen aktiv sind. Die pink- und orangefarbenen Bündel etwa übertragen Signale der Sprachverarbeitung.

Das vorige Bild zeigt farblich markierte Fasern der weißen Gehirnsubstanz. Aus der Nähe betrachtet sind sie rechtwinklig verwoben wie die Maschen eines komplexen Stoffmusters.

Die Entstehung von Erinnerungen «kann man sehen», sagt Don Arnold von der Universität Southern California. Die rot und grün markierten Punkte an den Neuronen einer Ratte zeigen, wo die Zelle mit anderen Neuronen in Kontakt steht. Erzeugt die Ratte neue Erinnerungen, tauchen neue Punkte auf, alte verschwinden.

Mit Fotos von Prominenten untersuchen For­scher in Kalifornien, wie das Gehirn verar­beitet, was das Auge sieht. Sie fanden dabei zum Beispiel eine einzelne Nervenzelle, die nur reagierte, wenn man der Versuchsperson Bilder der Schauspielerin Jennifer Aniston zeigte. Wenn es stimmt, dass immer nur wenige Zellen nötig sind, um sich einen Menschen, Ort oder Begriff zu merken, ist das Gehirn ein gi­gantisch leistungsfähiger Informationsspeicher.

Wie entdeckten die Wissenschaftler das „Jennifer-Aniston-Neuron“? Am Medical Center for Neuroscience der Universität von Kalifornien in Los Angeles werden Epilepsiepatienten wie Crystal Hawkin kleine Elektroden ins Gehirn gepflanzt.

Die Elektroden zeigen beim nächsten Anfall, wo er entstanden ist. Dann wissen die Chirurgen, welches Hirngewebe sie entfernen müssen. Die Elektroden helfen aber auch, normal funktionierende Neuronen zu „belauschen“. So fand man Nervenzellen, die nur auf ganz bestimmte Gesichter ansprechen.

Die Schnitte durch das Gehirn einer Maus sind so dünn, dass erst 1000 zusammen die Dicke eines menschlichen Haares ergeben. Zweihundert solcher Scheiben werden hier für die elektronenmikroskopische Aufnahme vorbereitet.

Gestapelt ergeben 10.000 solche Mikroskop-Fotos ein dreidimensionales Modell, nicht größer als ein Salzkorn (in der Pinzette). Ein menschliches Gehirn so detailliert darzustellen ergäbe eine Datenmenge, größer als die gedruckten Inhalte aller Bibliotheken der Welt.

Mit Chemikalien werden Fett und anderes Gewebe aus dem Gehirn einer Maus gewaschen,...

... so dass es durchsichtig wird.

Dem gläsernen Gehirn setzt man dann Leucht-Proteine zu, die sich nur an ganz bestimmte Nervenzellen heften. So kann man die Verteilung dieses Neuronentyps im Gehirn zeigen.

Hirntumore zu entfernen ist riskant: Der Chirurg muss so viel wie möglich herausschneiden, ohne dabei Neuronen zu zerstören, die zum Sprechen, Sehen oder Erinnern wichtig sind. David Fortin (2. von rechts), ein Neurochirurg an der Universität Sherbrooke in Kanada, orientiert sich bei Eingriffen an einem Monitor, der eine detaillierte Darstellung des Patientengehirns zeigt.

Bei Querschnittsgelähmten ist die Verbindung zwischen Gehirn und Gliedmaßen unterbrochen. Ein Außenskelett, gesteuert von den Gedanken des Trägers, soll Arme und Beine wieder bewegen. Dazu müssen Hunderte von Sensoren ins Gehirn eingepflanzt werden; sie senden Befehle an das Außenskelett. In umgekehrter Richtung müssen Lage- und Tastsensoren das Gehirn über den Körper im Raum informieren.